一种集成开关电源输出驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种针对集成双极驱动功率管和buck型开关电源的输出驱动电路领域，特别是一种集成开关电源输出驱动电路。
【背景技术】
[0002]开关电源由于体积小，重量轻，效率高等优点应用越来越普及，而驱动电路的好坏直接会影响开关电源的工作可靠性及性能指标。现有技术在大电流应用下，一般采用控制环路和输出功率管分立的板级开关电源方案，此方案板级信号干扰较大，系统体积较大，造成可靠性相对较差，同时成本较高。另一方面，板级的寄生参数较大，系统稳定性设计的难度较高;现有技术方案一般把镇流电阻以及限流电阻放在芯片外部，既增加系统体积又增加系统成本;现有方案一般采用正常的推挽输出，存在问题是在输出功率管关断时集电极电流在其基极信号关断后的短时间内会持续导通，直到基区存储电荷被完全抽走为止，目前有些设计方案在功率管基极增加电流泄放二极管，但是一般达不到理想的电流泄放速度，这导致了输出功率管的动态功耗较大，转换效率较低;现有方案功率管前级驱动单元一般采用NPN型晶体管来实现，导致电路复杂，最小工作电压较高;现有方案为了保证功率管导通期间基极输入电流应足够大，一般采用基本电流源电路来提供驱动电流，一般不采用负反馈技术，故抗干扰能力较差，输出带载变化时候容易产生输出错误。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种集成开关电源输出驱动电路，有效减少输出驱动电路的动态功耗，提尚转换效率，提尚芯片可靠性以及降低系统成本。
[0004]本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
[0005]一种集成开关电源输出驱动电路，包括输出驱动单元、功率管前级驱动单元、稳定供电单元和电流抽取单元;输出驱动单元通过连线Vout、电源线VCC、连线QC与电流抽取单元连接;输出驱动单元通过连线Vout、电源线VCC、连线QC与功率管前级驱动单元连接;功率管前级驱动单元通过连线QD、连线QC、电源线VCC、连线Vout与电流抽取单元连接;稳定供电单元通过连线QB和QC与功率管前级驱动单元串联后连接电源线VCC，功率管前级驱动单元中QP3的集电极为稳定供电单元中QP4的发射极;稳定供电单元通过连线QA、连线QC、内部地线GND与电流抽取单元连接。
[0006]在上述的集成开关电源输出驱动电路，所述输出驱动单元由NPN型晶体管QN17、NPN型晶体管QN18、电阻R6、电阻R7和电阻R8组成；晶体管QN17的发射极和晶体管Q18的发射极相连通过串联电阻R7作为输出驱动端Vout，晶体管QN17的基极和晶体管QN18的基极相连接作为输出功率管QN18的驱动输入端QB，电阻R6跨接在晶体管QN17、晶体管QN18的基极和发射极之间，晶体管QNl7的集电极通过电阻R8与芯片电源端VCC相连，晶体管QNl8的集电极与芯片的电源端VCC直接相连;晶体管QN17的集电极作为检测电流的输出端Isensor。
[0007]在上述的集成开关电源输出驱动电路，所述功率管前级驱动单元包括NPN晶体管QNl5,PNP晶体管QP3和电阻R4;晶体管QP3的集电极和晶体管QNl5的基极相连接;晶体管QP3的基极经过电阻R4与芯片电源VCC相连，晶体管QP3的发射极直接与芯片的电源VCC相连；晶体管QN15的发射极直接与输出驱动端Vout端相连，晶体管QN15的集电极与电流抽取单元的QD端相连。
[0008]在上述的集成开关电源输出驱动电路，所述电流抽取单元包括NPN晶体管QN1、NPN晶体管QN2、NPN晶体管QN3、NPN晶体管QN4、NPN晶体管QN16、PNP晶体管QP1、PNP晶体管QP2和电阻R1、电阻R5;晶体管QNl的基极作为整体驱动电路的输入端Vin，晶体管QNl的发射极接芯片内部地GND，晶体管QNl的集电极与晶体管QN2和晶体管QN3的发射极相连，晶体管QN2的基极、晶体管QN3的基极、晶体管QN3的集电极与晶体管QN4的发射极相连，共同作为稳定供电单元的输入端QA，晶体管QN2的集电极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与晶体管QPl的集电极相连结，晶体管QPl的集电极与晶体管QPl的基极以及晶体管QP2的基极相连接，晶体管QPI和晶体管QP2的发射极直接与芯片的电源端VCC直接相连；晶体管QP2的集电极与晶体管QN16的基极以及电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与晶体管QN16的发射极相连同时与整个驱动电路的最终输出端Vout相连，晶体管QN16的集电极与晶体管QN18的基极QC相连。
[0009]在上述的集成开关电源输出驱动电路，所述稳定供电单元包括NPN晶体管QN5、QN6、QN7、QN8、QN9、QNlO、QNl 1、QNl2、QNl 3、QNl4，PNP晶体管QP4，电阻R2、电阻R3;其中，晶体管QP4的发射极与开关电源输出驱动电路功率管的基极相连接，晶体管QP4的基极与晶体管QN6的集电极、晶体管QNlO的集电极、晶体管QN7的集电极相连作为功率管前级驱动单元的输入QB，晶体管QP4的集电极与晶体管QNl4的集电极、基极以及晶体管QNl3的基极相连，晶体管QNl 3的集电极与晶体管QNl 2的发射极相连，晶体管QNl2的基极与自身集电极相连同时与晶体管QNl I的发射极相连，晶体管QNl I的基极与自身的集电极相连同时与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端、晶体管QN7的基极、晶体管QN6的基极、晶体管QN5的基极、晶体管QN5的集电极与输入端QA串联，晶体管QN7的发射极与晶体管QNlO的基极以及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端芯片内部地GND，晶体管QNlO的发射极与晶体管QN9的集电极、晶体管QN9的基极以及晶体管QN8的基极相连，晶体管QN8的集电极与晶体管QN5的发射极、晶体管QN6的发射极相连，晶体管QN8的发射极、晶体管QN9的发射极、晶体管QNl 3的发射极、晶体管QN14的发射极与芯片内部地GND连接。
[0010]本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
[0011](I)本实用新型集成开关电源输出驱动电路，充分利用电流抽取单元直接与输出驱动晶体管的基极相连，提供关断时候基极存储电荷的尖峰泄放电流，提尚功率管的关断速度，从而降低功率管的动态功耗，提高了电源的转换效率，同时高集成度提高了开关电源的集成度以及系统的可靠性，实现了开关电源产品系统的低成本化；
[0012](2)本实用新型采用了输出驱动单元，集成了功率管前级驱动单元、稳定供电单元和电流抽取单元以及镇流电阻，提高了集成度和可靠性，实现了功率器件的有效集成化；
[0013](3)本实用新型采用了集成PNP管，简化了输出功率管的前级驱动电路，加宽了开关电源的有效工作区域，实现了输出功率管的有效前级驱动；
[0014](4)本实用新型采用了电流抽取单元，提高输出功率管关断瞬间基极电荷的抽取速度，提高了输出功率管的关断速度，从而实现了降低输出功率管的动态功耗，提高了开关电源系统的转换效率；
[0015](5)本实用新型采用了稳定供电单元，提高输出功率管正常工作期间的基极驱动电流的稳定性，实现开关电源工作的可靠性。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型应用原理图；
[0017]图2为本实用新型集成开关电源输出驱动电路图；
[0018]图3为本实用新型输出驱动单元电路图；
[0019]图4为本实用新型功率管前级驱动单元电路图；
[0020]图5为本实用新型电流抽取单元电路图；
[0021 ]图6为本实用新型稳定供电单元电路图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述:
[0023]如图1所示为应用原理图，由图可知，一般buck型开关电源基本模块包括内部振荡器模块、内部稳压模块、内部带隙基准模块、运算放大器模块、比较器模块以及输出驱动电路等模块，基本原理是利用系统负反馈控制作用引起电压脉冲信号占空比的自动调整，从而实现输出电压的稳压功能。输出驱动电路部分一般需要提供比较大的驱动电流，决定了开关电源的能量转换效率，整个系统的可靠性等。
[0024]图2所示为集成开关电源输出驱动电路图，由图可知，包括输出驱动单元、功率管前级驱动单元、稳定供电单元和电流抽取单元;输出驱动单元通过连线Vout、电源线VCC、连线QC与电流抽取单元连接，连线QC与输出驱动部分的功率管基极直接相连，提供功率管的开关信号，电流抽取单元通过连线QC直接影响输出驱动单元的功率管的基极电流;输出驱动单元通过连线Vout、连线QC、电源线VCC与功率管前级驱动单元连接，功率管前级驱动单元通过连线QC直接驱动输出驱动单元的功率管基极，保证输出驱动管的足够驱动能力；功率管前级驱动单元通过连线QD、连线QC、电源线VCC、连线Vout与电流抽取单元连接，两个模块之间的连线QC与QD成反向关系，有效提高开关状态下输出功率管的开关速度;稳定供电单元通过连线QB和QC与功率管前级驱动单元串联后连接电源线VCC，功率管前级驱动单元中QP3的集电极为稳定供电单元中QP4的发射极，稳定供电单元通过负反馈，提供稳定输出，通过连线QB提供给功率管前级驱动单元;稳定供电单元通过连线QA、连线QC、内部地线GND与电流抽取单元连接，两个模块中间的连线QA为开关电源输出驱动电路的主要信号传输点。
[0025]如图3所示输出驱动单元电路图，由图可知，输出驱动单元由NPN型晶体管QN17、NPN型晶体管QNl 8、电阻R6、电阻R7和电阻R8组成，电阻R6为功率管基射间偏置电阻，R7为功率管镇流电阻，R8为电流检测电阻:晶体管QNl7的发射极和晶体管Ql8的发射极相连通过串联电阻R7作为输出驱动端Vout，电阻R7为输出功率管的镇流电阻，避免输出功率管的电流不均导致的热击穿问题，版图设计中可以利用输出功率管发射极的注入层来实现；晶体管QN17的基极和晶体管QN18的基极相连接作为输出功率管QN18的驱动输入端QB，其中QN18为功率输出驱动管，面积比较大，QN17为输出功率管的镜像管，负责检测输出功率管的瞬时电流大小，面积与QN18成一定比例，面积小；电阻R6跨接在晶体管QN17、晶体管QN18的基极和发射极之间，提供一条输出功率管的基极电荷的泄放支路；晶体管QN17的集电极通过电阻R8与芯片电源端VCC相连，晶体管QN18的集电极与芯片的电源端VCC直接相连；晶体管QN17的集电极作为检测电流的输出端Isensor，作为电流检测信号端。
[0026]如图4所示为功率管前级驱动单元电路图，由图可知，功